將富余污水資源化處理后替代地下清水回用鍋爐，可以保護(hù)油區(qū)生態(tài)環(huán)境，保證油田節(jié)能降耗、用水平衡，滿足油田可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)建環(huán)境友好型、資源節(jié)約型企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急，也符合油田循環(huán)注采理念。依據(jù)稠油采出污水的水質(zhì)特點(diǎn)以及熱采鍋爐用水的水質(zhì)要求，比較了不同工藝的技術(shù)特點(diǎn)、水質(zhì)適應(yīng)性、工藝可靠性以及投資及運(yùn)行成本，通過工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，給出了在相同設(shè)計(jì)條件下不同工藝系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的關(guān)鍵工藝參數(shù)，得出了不同工藝所需要的設(shè)備投資和運(yùn)行成本，并進(jìn)行了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性對比。提出了相應(yīng)的工藝方案，為油田選擇可行的污水資源化回用處理工藝提供參考。

　　1 稠油污水特點(diǎn)及資源化回用要求

　　選取了勝利油田幾個典型的稠油區(qū)塊的采出污水進(jìn)行了水質(zhì)特性總結(jié)，并與注汽鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了資源化對比，如表 1所示。

　　由表 1可以看出，稠油污水中除了總堿度指標(biāo)滿足鍋爐回用標(biāo)準(zhǔn)，其他諸如含油、懸浮物、總硬度、礦化度等指標(biāo)均高于注汽鍋爐回用水質(zhì)要求。其中油脂和懸浮物容易影響傳熱、破壞設(shè)備，且容易堵塞管道，采用常規(guī)的預(yù)處理技術(shù)諸如化學(xué)、重力、絮凝沉降、氣浮、精細(xì)過濾等過程即可將其去除掉。而過高的礦化度和硬度則會使設(shè)備腐蝕、結(jié)垢、積鹽，從而降低鍋爐出力、縮短設(shè)備壽命。在國內(nèi)油田沒有采用常規(guī)工藝處理類似水質(zhì)并使污水資源化工程的案例，因此研究適于高鹽高硬稠油污水的脫鹽除硬工藝，成為稠油污水資源化回用的關(guān)鍵所在。

　　2 稠油污水脫鹽除硬工藝及應(yīng)用現(xiàn)狀

　　目前國內(nèi)常用脫鹽除硬工藝包括：離子交換法、電滲析法、雙膜法以及蒸餾法。其中離子交換法僅適用于礦化度低于4 000 mg/L，總硬度低于300 mg/L的污水處理，可用于終端除硬。電滲析法對于高礦化度(TDS>10 g/L)油田污水除鹽率低，易出現(xiàn)濃差極化，因此適合于初步脫鹽工藝。雙膜法除鹽率高、占地小、能耗低，但對于高鹽高硬污水，雙膜法產(chǎn)水率低、需深度預(yù)處理、污泥量大、易污染、膜要求高、高溫污水需要預(yù)先降溫處理，因此其更適用于低礦化(TDS < 10 g/L)的污水處理。針對上述處理困難，國內(nèi)外的專家學(xué)者提出利用蒸餾法實(shí)現(xiàn)油田污水的脫鹽方法。蒸餾法是將污水加熱蒸發(fā)為蒸汽并冷凝為淡水的脫鹽工藝。該類工藝特點(diǎn)是對污水水質(zhì)預(yù)處理要求寬松，產(chǎn)出水水質(zhì)好，產(chǎn)率穩(wěn)定，不受含鹽量影響，同時可以充分利用污水余熱，產(chǎn)水溫度高，節(jié)約鍋爐加熱能耗，特別適合于高鹽高硬污水處理。因此優(yōu)先考慮采用蒸餾法處理油田污水。蒸餾法依據(jù)所用能源、設(shè)備和流程不同可分為3種：多效蒸發(fā)(MED)、機(jī)械壓縮蒸發(fā)(MVC)和熱力壓縮蒸發(fā)(TVC)。

　　2.1多效蒸發(fā)

　　多效蒸發(fā)是一種應(yīng)用較早的海水淡化工藝，采用逐級減壓蒸餾原理，由若干單元蒸發(fā)器串聯(lián)起來，除第1效的加熱蒸汽來自鍋爐外，后續(xù)各效的加熱蒸汽均來自前一效產(chǎn)生的二次蒸汽，因此效數(shù)越多，運(yùn)行能耗越低，但投資會增加。

　　2.2壓縮蒸餾

　　壓縮蒸餾是利用壓縮機(jī)把蒸發(fā)過程所產(chǎn)生的二次蒸汽壓縮，使之增壓和升溫(溫升4——15℃左右)，再作為加熱蒸汽使用，使自身冷凝為淡水，如此循環(huán)使得蒸汽潛熱被反復(fù)利用。根據(jù)壓縮能量來源不同將壓縮蒸餾分為機(jī)械壓縮(MVC)和熱力壓縮(TVC)。其中機(jī)械壓縮不需要外部蒸汽補(bǔ)汽，僅靠機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，該類工藝過程效率高、能耗低、過程不需要冷卻水、結(jié)構(gòu)緊湊。TVC工藝與MVC工藝相比，它采用的是熱力學(xué)完善度相對較低的熱力壓縮機(jī)(蒸汽引射器)，代替了熱力學(xué)完善度較高的機(jī)械壓縮機(jī)，除水泵外它不需要消耗電能，僅用高壓蒸汽的熱能驅(qū)動，可以直接利用生產(chǎn)中的富余熱能，節(jié)省了電能。由于TVC工藝運(yùn)行簡單可靠，維護(hù)成本低，無運(yùn)動部件，受到人們的廣泛關(guān)注。

　　3 工藝方案比較及優(yōu)選

　　3.1技術(shù)性能比較

　　為進(jìn)一步對上述3種蒸餾工藝進(jìn)行比較分析，采用不同工藝設(shè)計(jì)了一套水產(chǎn)量不低于5 000 t/d油田污水資源化脫鹽裝置。其中污水處理量6 250 t/d、污水含鹽量0.015 kg/kg、污水溫度55℃、產(chǎn)水率80%。將單效MVC系統(tǒng)(污水蒸發(fā)溫度100℃，壓縮機(jī)出口蒸汽溫度為107℃，降膜蒸發(fā)器傳熱溫差為7℃)、單效TVC系統(tǒng)(主蒸汽壓強(qiáng)為1 MPa，主蒸汽溫度為180℃，污水蒸發(fā)溫度為100℃，熱力壓縮機(jī)蒸汽出口溫度為120℃)及6效MED系統(tǒng)(第1效加熱蒸汽溫度為120℃，末效即第6效加熱蒸汽溫度為79℃)的工藝設(shè)計(jì)模擬計(jì)算結(jié)果一并列在表 2。

　　從表 2可以看出：

　　(1)裝置規(guī)模。在相同污水溫度、相同淡水產(chǎn)量的情況下，MED系統(tǒng)所需要的蒸發(fā)傳熱面積最小，而MVC系統(tǒng)和TVC系統(tǒng)的傳熱面積基本上相近。而系統(tǒng)預(yù)熱所需預(yù)熱傳熱面積MED最大，而MVC系統(tǒng)和TVC系統(tǒng)的預(yù)熱面積基本上相當(dāng)，而MED所需凝汽器傳熱面積較高。總體來說，MVC所需總換熱面積(7 509.3 m2)最小，TVC(8 196.7 m2)次之，MED所需換熱面積(8 272.87 m2)最高，與TVC大致相近。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.bnynw.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　(2)基本能耗。由于3種系統(tǒng)的工作原理并不完全相同，很難用一個統(tǒng)一的參數(shù)進(jìn)行比較。MVC系統(tǒng)的單位電耗為21.06 kW·h/t，TVC系統(tǒng)的當(dāng)量耗熱為235 kW·h/t，6效MED系統(tǒng)的當(dāng)量耗熱為122.3 kW·h/t。從這一結(jié)果可以看出，即使在MVC系統(tǒng)保持較大傳熱溫差的前提下(計(jì)算時，考慮了壓縮機(jī)的效率為65%)，仍然以MVC系統(tǒng)的能量消耗最小。當(dāng)然，MVC系統(tǒng)消耗的主要是電能，而TVC系統(tǒng)和MED系統(tǒng)消耗的主要是蒸汽的熱能。但這一事實(shí)不能改變上面的結(jié)論，因?yàn)椋�即使考慮熱能到電能的轉(zhuǎn)換系數(shù)為1/3，MVC系統(tǒng)的等效能耗也只有63.18 kW·h/t，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于MED系統(tǒng)和TVC系統(tǒng)的等效能耗。需要指出的是，盡管單效TVC系統(tǒng)的當(dāng)量耗熱明顯大于6效MED系統(tǒng)的，但MED系統(tǒng)付出的代價(jià)是傳熱面積的增大。

　　(3)系統(tǒng)污水消耗量及其他。對蒸發(fā)法來說，往往需要大量的冷卻水來帶走系統(tǒng)過剩的熱量。顯然，系統(tǒng)所需要的冷卻水量越大，相應(yīng)地所消耗的泵功也就越大，當(dāng)然，導(dǎo)致系統(tǒng)的能量消耗也會增大。按表 2給出的結(jié)果，6效MED系統(tǒng)、單效TVC系統(tǒng)和單效MVC系統(tǒng)水泵的總污水流量(包括處理污水量和冷卻污水量)依次為48 580、6 250、6 250 t/d。MED過大的冷卻水排放除了環(huán)境的因素外，如果假定水泵的效率完全相同，那么6效MED系統(tǒng)所消耗的泵功幾乎是MVC或TVC系統(tǒng)的7.77倍。還需要說明的是，根據(jù)表 2給出的方案，不論是MVC系統(tǒng)還是TVC系統(tǒng)，都是正壓運(yùn)行的，不需要為維持系統(tǒng)的負(fù)壓狀態(tài)而付出額外的功。而6效MED系統(tǒng)必須在較高的負(fù)壓狀態(tài)下工作(末效即第6效的蒸發(fā)絕對壓強(qiáng)只有0.031 2 MPa。顯然，為了維持系統(tǒng)的這一真空狀態(tài)，必須付出額外的電功。當(dāng)然，這3種系統(tǒng)的復(fù)雜程度也不一樣。MED系統(tǒng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比其他兩個系統(tǒng)復(fù)雜。顯然，系統(tǒng)的復(fù)雜程度也是在進(jìn)行工藝選擇時必須考慮的主要因素之一。根據(jù)以上技術(shù)特點(diǎn)最后將3種不同蒸發(fā)工藝和傳統(tǒng)蒸發(fā)器工藝特點(diǎn)進(jìn)行對比，結(jié)果如表 3所示。

　　表 3分析了能耗、占地面積、對產(chǎn)品質(zhì)量影響、利用能源種類、自動控制程度和系統(tǒng)穩(wěn)定性，通過對比可以看出，MVC蒸發(fā)器在能耗方面和自動化程度以及穩(wěn)定性上，都占據(jù)絕對優(yōu)勢。

　　3.2經(jīng)濟(jì)評價(jià)

　　為了比較各個工藝運(yùn)行的成本及投資成本，按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了完備的經(jīng)濟(jì)性評價(jià)。主要包括設(shè)備投資，其中設(shè)備主要包括預(yù)熱器、蒸發(fā)器、蒸汽壓縮機(jī)、凈化水泵、循環(huán)水泵、噴射器。運(yùn)行成本主要包括用電、阻垢劑、人工費(fèi)用以及設(shè)備的維修折舊。其中工藝每年工作8 000 h。固定資產(chǎn)的折舊年限為15 a，職工福利費(fèi)用為工資的20%。固定資產(chǎn)殘值為4%，維修費(fèi)用為初投資5%。最后將各個工藝計(jì)算所得初投資及運(yùn)行成本列于表 4。

　　可以看出：

　　(1)從初投資的角度考慮，MED系統(tǒng)耗資最多，MVC工藝次之，TVC系統(tǒng)投資最少，約為MED系統(tǒng)的一半左右。

　　(2)從運(yùn)行成本的角度出發(fā)，若考慮蒸汽成本，則TVC耗廢蒸汽最多，因此其運(yùn)行成本最高，MED系統(tǒng)耗汽約為TVC的一半左右，因此運(yùn)行費(fèi)用也為TVC工藝的一半左右，MVC系統(tǒng)耗費(fèi)電能少，總體運(yùn)行費(fèi)用也最低。若不考慮蒸汽的費(fèi)用，TVC成本最低(約為2.19元/t);MED成本次之(約為3.78元/t)，此時無論是投資成本還是運(yùn)行成本，MVC較之TVC都不占優(yōu)勢。

　　綜合上面的分析，根據(jù)油田污水淡化規(guī)模要求一般較小和必須分散布置的前提下，若不考慮設(shè)備投資成本，那么：(1)對于蒸汽資源緊張，價(jià)格昂貴，但是有充足電力供應(yīng)且電價(jià)便宜的場合，可以優(yōu)先選用MVC系統(tǒng);(2)如果有大量廢棄的高參數(shù)蒸汽(壓強(qiáng)最好在1 MPa左右)，那么應(yīng)該優(yōu)先考慮選用TVC系統(tǒng);(3)如果有足夠的廢蒸汽(壓強(qiáng)在0.2——0.3 MPa的蒸汽)，那么可以考慮采用MED系統(tǒng)。

　　4 結(jié)論

　　(1)通過對比分析指出，離子交換進(jìn)水要求高，適合作為終端除硬工藝;電滲析法除鹽不徹底，可作為初級脫鹽工藝;雙膜工藝對于能耗低、脫鹽效果好，但對于高鹽污水面臨生物活性低、易污染等特點(diǎn)。

　　(2)蒸餾工藝出水水質(zhì)好，產(chǎn)水率穩(wěn)定，不受含鹽量影響，同時可以充分利用污水自身余熱，特別適合高鹽高硬污水深度脫鹽處理。

　　(3)對于電價(jià)便宜的區(qū)塊，污水脫鹽優(yōu)先考慮MVC系統(tǒng);對于現(xiàn)場有一定量廢蒸汽場合，可采用MED工藝;對于具有足夠高壓蒸汽的場合，采用TVC為首選方案。(來源：第一環(huán)保網(wǎng))